ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ОРБИТАЛЬНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

Наука и научная фантастика — области с весьма размытыми и изменяющимися во времени границами. То, что является фантастикой или магией (сверхестественным) сегодня, завтра может стать объектом научных разработок. Неслучайно Артур Кларк сформулировал свой третий закон сле­дующим образом: «Любая достаточно развитая технология неотличима от магии».

Серьезные научные разработки в казавшейся ранее фантастической или ма­гической области могут привести к практическим результатам. Примером может служить освоение космического пространства, высадка человека на Луну и др. Часто исследования заходят в тупик либо по технологическим ограничениям, либо, что случается чаще, по причинам экономической несостоятельности пред­лагаемых технических решений. Тем не менее и тупиковые разработки имеют огромное значение с точки зрения генерации новых знаний.

Проект орбитальной солнечной электростанции, концептуальная разработ­ка которого была организована НАСА около 20 лет тому назад, несмотря на то что реализация этой идеи в перспективе обещает получение довольно дешевой электроэнергии, сегодня натолкнулся на экономический барьер. Требующиеся инвестиции оцениваются в триллионы долларов, что для масштабов экономики США и даже для мировой экономики в целом пока неподъемно.

Более того, по оценкам ряда экспертов, на современном уровне развития тех­нологий энергетические затраты на создание такой орбитальной электростанции превысили бы количество энергии, которую можно получить за ожидаемый срок ее жизни. Вместе с тем освоение перспективных полимерных фотопреобразо­вателей, более легких и эффективных, чем существующие кремниевые кристал­лические фотоэлементы, возможно, могло бы коренным образом изменить это энергетическое соотношение.

По мнению ряда специалистов, на сегодняшнем этапе развития техники невозможно обеспечить вывод на орбиту огромной массы конструкций, кото­рая требуется для создания станции. Однако это, по-видимому, верно только применительно к известным ныне технологиям. Известна полуфантастическая идея создания космического лифта, перемещающегося по «канату», спущенному к поверхности Земли со спутника, находящегося на геостационарной орбите. По этому «канату» грузы можно бы доставлять на орбиту с существенно мень­шими затратами, чем при использовании ракет. Одна из причин нереализуемо - сти и, следовательно, фантастичности этой идеи состоит в том, что пока отсут­ствуют материалы для изготовления «каната», которые могли бы выдержать его собственный вес. Вместе с тем ведутся разработки сверхпрочных материалов, в частности, на основе углеродных нанотрубок, которые, возможно, в будущем обеспечат решение этой проблемы.

Исследования и разработки орбитальных солнечных электростанций (ОСЭ) пока не увенчались значимыми практическими результатами, однако позволили получить новые полезные знания. Мы попытаемся на примере одного из первых проектов обобщить наиболее интересную информацию об ОСЭ1).

Существенные трудности при наземном использовании фотоэлектрических преобразователей создает изменчивость и нестабильность солнечного излуче­ния. Это приводит к необходимости создания крупных аккумуляторов энергии или использования резервных источников электроснабжения. Оба подхода со­пряжены со значительными дополнительными затратами. Наземные солнеч­ные электростанции целесообразно размещать в районах с максимальным приходом солнечной радиации. Однако в этом случае требуется создание протяженных линий электропередачи для электроснабжения потребителей в других районах.

Сократить протяженность линий электропередачи можно было бы, используя беспроводную передачу энергии, например, с помощью сверхвысокочастотно­го (СВЧ) излучения. Тогда крупная солнечная электростанция могла бы быть размещена, например, в солнечном штате Аризона, и с помощью СВЧ-луча и орбитального отражателя энергия могла бы передаваться в Нью-Йорк или в Чикаго. Управление энергетическими потоками можно было бы осуществлять путем переключения СВЧ-луча с одного потребителя на другого.

Прим. ред. Рассматриваемые в данном параграфе решения в основном относятся к первому проекту ОСЭ, предложенному П. Глэзером и более детально проработанному в НАСА в конце 80-х годов. Результатом рассмотрения проекта стало заключение о невозможности его реализации на существующем уровне развития техники. В начале 2000-х годов в связи со значительными научно-техническими достижениями интерес к проекту ОСЭ возобновился. В настоящее время крупные научно-исследовательские проекты в этом направлении реализуются в США, Японии, Канаде, Европейском союзе и по отдельным направлениям в России. Выдвинуты новые тех­нические решения, обеспечивающие большую жизненность проекта. Современное состояние разработок в области ОСЭ и перспективы их практической реализации проанализированы в докладе «Space-Based Solar Power As an Opportunity for Strategic Security». Phase 0. Architecture Feasibility Study Report to the Director, National Security Space Office. Interim Assessment Release 01. 10 October 2007.

Однако более привлекательно разместить солнечные преобразователи непо­средственно на геостационарной орбите. В этом случае поток солнечного излу­чения на фотоэлектрические преобразователи был бы практически постоянным. На геостационарной орбите продолжительность облучения фотоэлектрических преобразователей составляет 99 % времени (кратковременное затенение спутни­ка приходится на середину местной ночи в дни равноденствия), в то время как суммарная продолжительность светового дня на поверхности Земли составляет всего половину года[27]'.

Идея создания ОСЭ была предложена П. Глэзером[28]), однако изучение вы­двинутой концепции ОСЭ в НАСА выявило ряд трудно реализуемых техниче­ских проблем.

Концепция предполагает создание на геостационарной орбите группировки ОСЭ, каждая из которых обеспечивает передачу на земную сеть линий электро­передачи 5 ГВт электрической мощности.

Разработка ОСЭ связана с четырьмя основными компонентами:

1) системой преобразования энергии в космосе;

2) системой передачи энергии на землю;

3) выводом оборудования на орбиту;

4) сборкой ОСЭ на орбите.